JP4925468B2 - 液晶流動の高効率形成機構、液晶流動の高効率形成方法および液晶流動を用いた高効率物体移動機構 - Google Patents
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また、液晶は、電界や磁界を加えて液晶分子の配向方向を変化させるとその粘性が変化する。つまり、液晶は、電気粘性流体としての性質も有しているので、この性質を利用した軸受やダンパー等が開発されている。
特許文献1には、対向する一対の壁面を有する流路と、この流路の壁面と交わる面内で液晶分子を回転させる液晶分子回転手段と、一対の壁面に設けられた一対の配向膜とを備えた液晶流動機構が開示されている。この液晶流動機構では、一対の壁面に設けられた一対の配向膜に同じ向きにラビング処理が施されており、一対の壁面間で液晶分子がツイストしている。
このため、液晶分子回転手段によって液晶分子を回転させれば、流路内に流量が0とならない液晶流動を発生させることができるから、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに利用することができる。
請求項2の液晶流動を用いた高効率物体移動機構は、移動が固定された固定部材と、該固定部材と対向するように配置され、該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、該移動部材における前記固定部材と対向する移動側対向面と、前記固定部材における前記移動部材と対向する固定側対向面との間に配置された液晶と、前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交わる面内において回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、該回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段とを備えていることを特徴とする。
請求項3の液晶流動の高効率形成方法は、液晶を流路内に配置し、前記液晶に対して、前記流路の一の壁面と交わる方向に沿って電界または磁界を加えることができる回転手段と、前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えることができる復帰手段とによって、交互に電界または磁界を前記液晶に加えることを特徴とする。
第2発明によれば、回転手段と復帰手段から交互に液晶に対して電界または磁界を加えれば、各液晶分子を、その重心周りに揺動させることができる。すると、液晶分子の揺動に起因する液晶流動を発生させることができるから、移動部材を、固定部材に対して液晶流動の方向に移動させることができる。よって、液晶の流動を部材の移動に利用することができるので、液晶を利用した搬送装置等に応用することができる。そして、各手段から電界または磁界を加えるタイミング時間を制御すれば、発生する液晶流動の流量や流動方向をコントロールすることができるから、移動部材の移動量や移動方向を制御することができる。
第3発明によれば、回転手段と復帰手段から交互に液晶に対して電界または磁界を加えれば、各液晶分子を、その重心周りに揺動させることができ、液晶分子の揺動に起因する液晶流動を発生させることができる。そして、各手段から電界または磁界を加えるタイミング時間を制御すれば、発生する液晶流動の流量や流動方向をコントロールすることができるから、液晶流動をより工業的に利用しやすくすることができる。
まず、本発明の液晶流動の高効率形成機構を説明する前に、液晶に電界や磁界を加えたときに、液晶流動が発生する原理を説明する。
なお、液晶は、電界や磁界を加えたときに、電界や磁界の方向に対して液晶分子の軸方向が液晶固有の角度に配向するが、以下には、電界や磁界を加えたときに、液晶分子の軸方向が電界や磁界の方向と平行になるような液晶について説明する。
また、液晶分子は、電界、磁界いずれを加えた場合でも配向するので、以下には電界を加える場合のみを説明する。
なお、図4において、液晶分子mが重心周りに回転したときに、液晶分子mは平行板Pの表面に沿って移動(並進移動)するのであるが、説明を分かりやすくするために並進移動をさせない状態で記載している。
したがって、平板P等に接触するように配置された液晶LCでは、電界efを加えたときに、液晶LC内に、図4(D)に示すような速度分布を有する液晶分子mの流れが発生するのである。
図1は本発明の液晶流動の高効率形成機構の概略説明図であり、(A) は電界efを加える前の液晶分子mの状態を示したYZ断面図であり、(B) はYZ断面図において電界efを加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、(C) は流路Lが筒状の流路である場合の概略説明図である。図2は本発明の液晶流動の高効率形成機構の概略説明図であり、(A) は電界efの印加をやめたときにおける液晶分子の配列を示した図でありYZ断面図であり、(B) はYZ断面図において磁界bfを加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、(C) はYZ断面図において磁界bfを加えたときに一対の壁面B,B間に発生する液晶の速度分布を示した図である。
なお、図1(B)、図2(B)では、図面を分かり易くするために、コイルCLは省略している。
なお、対向する一対の壁面B,Bは平行でなくてもよく、一方の壁面Bに対して他方の壁面Bが傾斜していてもよい。
さらになお、各壁面Bは平坦面でなくてもよい。例えば一方の壁面Bが平坦面であって他方の壁面Bが凹凸を有する面でもよいし、いずれの壁面Bも凹凸を有する面であってもよい。
さらに、流路Lの一対の壁面B,Bの外方には、コイルCLが設けられている。このコイルCLは、その軸方向が電界efの方向と交差するように配設されている。具体的には、コイルCLは、その軸方向が、電界efの方向に対して直交しないように配設されている。
また、制御装置DによってコイルCLに電流を流せば、コイルCLの周囲にその軸方向に沿った磁界bfを形成することができる。つまり、電界efの方向と交差する磁界bfを形成することができるのである(図2(B))。
この一対の電極E,E、コイルCLおよび制御装置Dが液晶分子回転手段CBを構成しており、一対の電極E,Eが特許請求の範囲にいう回転手段に相当し、コイルCLが特許請求の範囲にいう復帰手段に相当する。
まず、制御装置Dによって一対の電極E,E間に電圧を加えると、流路L内の一対の壁面B,B間に、一対の壁面B,Bと垂直な方向の電界efが発生する。すると、液晶LCの全ての液晶分子mは、その軸方向が電界efと平行になるように各液晶分子mの重心周りに回転する(図1(A)、(B))。
このとき、一対の壁面B,Bには配向膜がなくまたラビングレス処理をしていないので、電界efが印加されるまでは流路L内の液晶分子mの方向はばらばらであり、流路L内には特定の方向への液晶流動は発生しない。
すると、流路L内には、磁界efの方向と電界efの方向の両方を含む面内に図2(C) に示した速度分布が形成され、左向きの液晶流動が発生する。
その状態から制御装置Dによって一対の電極E,E間に電圧を加えて電界efを発生させれば、全ての液晶分子mは、電界efの方向を向くときにその回転量が少なくなる方向に回転する。つまり、電界efの方向を向いていた状態から磁界bfの方向を向くときにおける回転方向と逆方向に回転する。図2(B)であれば、時計回りに回転する。
すると、流路L内には、磁界efの方向と電界efの方向の両方を含む面内に、図2(C) に示した速度分布とy軸に対して逆向きの速度分布が形成され、右向きの液晶流動が発生する。
すると、右方向への液晶流動の流量(以下、印加時流量という)と左方向への液晶流動の流量(以下、復帰時流量という)に差があれば、その差の分だけ右向きまたは左向きの流量を有する液晶流動を流路L内に発生するのである。
しかも、液晶分子mの回転や移動の抵抗となる配向膜等がないので、配向膜等を設けている場合に比べて、流路L内に発生する液晶流動、つまり、流路L内に発生する流量を大きくすることができる。
また、一対の電極E,Eを前記流路Lの外面に取り付けてもよい。この場合、流路Lの素材を導電体や電界が透過できる素材とすれば、一対の壁面B,B間に電界efを形成することができる。
さらに、流路Lの素材を導電体とした場合、制御装置Dを直接流路Lに接続し、制御装置Dによって流路Lに電圧を加えれば、一対の壁面B,B間に電界efを発生させることができる。
そして、一対の電極E,Eに代えて、一対の壁面B,B間に磁界bfを形成できるものを一対の壁面B,Bに磁界発生部材を設けてもよいのは、いうまでもない。
また、流路L内に配置される液晶LCが光配向性液晶の場合には、レーザ光を液晶に照射し得るレーザ光源も復帰手段として採用することができる。
また、壁面Bは、その近傍の液晶分子mがある程度自由に重心周りの回転や並進移動を行うことができる状態であって壁面Bの影響によって液晶分子mが拘束されない状態であればよく、かかる状態とすることができるのであれば、壁面Bに対して何の処理も行わなくてもよい。しかし、壁面Bが液晶分子mの配向方向に与える影響を除去する処理を行っておけば、より確実に壁面B近傍の液晶分子mが、自由に重心周りの回転や壁面Bに沿った移動をできるので、好適である。
本発明の液晶流動を用いた高効率物体移動機構は、上述した液晶流動の高効率形成機構を物体の移動に適用したものである。よって、上記液晶流動の高効率形成機構で説明した事項と重複する内容については、簡単に説明する。
そして、流路Lの一対の壁面B,Bの外方には、コイルCLが設けられており、その軸方向が電界efの方向と交差するように配設されており、このコイルCLに電流を供給する図示しない制御装置に接続されている。
なお、図5(B) には、電界efを印加したときに発生する液晶流動と、上方の部材Pの移動を示している。
B 壁面
CL コイル
LC 液晶
m 液晶分子
ef 電界
bf 磁界
Claims (3)
- 流路と、
該流路の壁面に沿って移動可能に設けられた液晶と、
該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を前記流路の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、
前記液晶分子回転手段が、
前記流路の一の壁面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、
該回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段とを備えている
ことを特徴とする液晶流動の高効率形成機構。 - 移動が固定された固定部材と、
該固定部材と対向するように配置され、該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、
該移動部材における前記固定部材と対向する移動側対向面と、前記固定部材における前記移動部材と対向する固定側対向面との間に配置された液晶と、
前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交わる面内において回転させる液晶分子回転手段とからなり、
前記液晶分子回転手段が、
前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、
該回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段とを備えている
ことを特徴とする液晶流動を用いた高効率物体移動機構。 - 液晶を流路内に配置し、
前記液晶に対して、前記流路の一の壁面と交わる方向に沿って電界または磁界を加えることができる回転手段と、
前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えることができる復帰手段とによって、交互に電界または磁界を前記液晶に加える
ことを特徴とする液晶流動の高効率形成方法。
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